ＭＥＭＳパッケージおよびＭＥＭＳ実装方法
【課題】製造コストを抑制できる簡素な構成で、可動部を有する半導体素子を配線基板に対して高い密度で配置するとともに電気的に接続することを実現する。
【解決手段】可動部（１１２ｂ、１１２ｃ）を有し主面の縁領域に端子（１１６ａ）が形成された半導体素子（１１）と、半導体素子の主面に主面が対向するカバー（１１１ａ、１１１ｂ）と、半導体素子の端子よりも内側に位置し半導体素子とカバーとの間に空隙を形成する封止部（１１８、１１９）と、を備え、半導体素子の端面が配線基板（１３）の主面に対向した状態において配線基板の主面に形成された端子（１３２，１３３）と半導体素子の端子（１１６ａ）とが接合されることによって、半導体素子が配線基板に固定されるとともに配線基板の主面に形成された端子と半導体素子の端子とが電気的に接続される、ＭＥＭＳパッケージ（１）。
【解決手段】可動部（１１２ｂ、１１２ｃ）を有し主面の縁領域に端子（１１６ａ）が形成された半導体素子（１１）と、半導体素子の主面に主面が対向するカバー（１１１ａ、１１１ｂ）と、半導体素子の端子よりも内側に位置し半導体素子とカバーとの間に空隙を形成する封止部（１１８、１１９）と、を備え、半導体素子の端面が配線基板（１３）の主面に対向した状態において配線基板の主面に形成された端子（１３２，１３３）と半導体素子の端子（１１６ａ）とが接合されることによって、半導体素子が配線基板に固定されるとともに配線基板の主面に形成された端子と半導体素子の端子とが電気的に接続される、ＭＥＭＳパッケージ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）パッケージおよびＭＥＭＳ実装方法に関し、特に可動部を有する半導体素子を配線基板に対して垂直に取り付けるとともに電気的に接続する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の半導体素子をスタックするなどして実装密度を高める技術が知られている（特許文献１、２、３、４、５参照）。特許文献１には、複数の半導体素子をスタックするとともに、半導体素子の貫通電極によって複数の半導体素子を接続する技術が開示されている。特許文献２、３には、スペーサーを介して複数の半導体素子を配線基板上にスタックし、それぞれの半導体素子に接合した金属ワイヤを半導体素子の側面に沿って折り曲げ、金属ワイヤが接続された側面配線を介して各半導体素子と配線基板とを接続する技術が開示されている。特許文献４には、可動部を有する半導体素子をそれぞれにフリップチップ実装した複数の基板を立体的に結合する技術が開示されている。特許文献５には、半導体素子を配線基板に対して垂直に取り付けるとともに電気的に接続する技術が開示されている。特許文献５によると、側面に層間接続配線が露出したビルドアップ基板に半導体素子を取り付け、ビルドアップ基板の層間接続配線を側面配線基板に接続することで、実装密度が高められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３１３５９４号公報
【特許文献２】特開２００９−２７０３９号公報
【特許文献３】特開２００９−２６９６９号公報
【特許文献４】特開２００８−１４１１２８号公報
【特許文献５】特開２００１−２３７３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されているように貫通電極を半導体素子に形成すると製造コストが増大する。特許文献２、３に記載されているように半導体素子に接合した金属ワイヤを半導体素子の側面に沿って折り曲げる場合、小型化および低コスト化が困難であるとともに、金属ワイヤの折り曲げに伴う応力が問題になる。特許文献４には、立体的に結合された複数の基板が配線基板にどのように接続されるかについての記載はない。特許文献５に記載されているようにビルドアップ基板を用いて半導体素子を配線基板に対して垂直に取り付けるとともに接続する場合、半導体素子毎にビルドアップ基板が必要になることが小型化および低コスト化の障壁となる。
【０００５】
本発明はこれらの問題に鑑みて創作されたものであって、製造コストを抑制できる簡素な構成で、可動部を有する半導体素子を配線基板に対して高い密度で配置するとともに電気的に接続することを実現することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するためのＭＥＭＳパッケージは、可動部を有し主面の縁領域に端子が形成された半導体素子と、前記半導体素子の前記主面に主面が対向するカバーと、前記半導体素子の端子よりも内側に位置し前記半導体素子と前記カバーとの間に空隙を形成する封止部と、を備え、前記半導体素子の端面が配線基板の主面に対向した状態において前記配線基板の主面に形成された端子と前記半導体素子の端子とが接合されることによって、前記半導体素子が前記配線基板に固定されるとともに前記配線基板の主面に形成された端子と前記半導体素子の端子とが電気的に接続される。
【０００７】
本発明によると、カバーと封止部とによって半導体素子の可動部を保護することができる。そして半導体素子の端子は封止部より外側に露出する。したがって、封止された半導体素子の端面が配線基板の主面に対向する状態において、露出している半導体素子の端子と配線基板の端子とを接合することができる。すなわち、半導体素子の端子と配線基板の端子とを接合することによって、封止された半導体素子を配線基板に固定し、同時に、配線基板と半導体素子とを電気的に接続することができる。したがって本発明によると、金属ワイヤやビルドアップ基板といった接続部材を用いることなく、半導体素子と配線基板とを電気的に接続することができるため、製造コストを抑制できる。また本発明によると、半導体素子毎にパッケージ基板（本明細書において、パッケージ基板とは密封された内部の配線要素と外部の配線要素とを電気的に接続するための配線要素を備える基板である。）を備える必要がなく、またパッケージ基板の主面に備わる端子と配線基板の端子とを接続する必要がないため、可動部を有する半導体素子を配線基板に対して高い密度で配置することができる。なお、本明細書において"主面"と"端面"の用語は次の意味において用いられる。すなわち、板状の物体の表面全体が、互いに表裏の関係にあっていずれの"端面"よりも広い２つの"主面"と、２つの"主面"の間をつなぎ環状に連続しそれぞれが"主面"よりも狭い複数の"端面"とで構成されているという認識を前提として、"主面"と"端面"の用語を用いる。
【０００８】
（２）上記目的を達成するためのＭＥＭＳパッケージにおいて、前記半導体素子は、前記半導体素子の前記主面と平行な方向に曲がる前記可動部を有するとともに１軸モーションセンサとして機能し、それぞれの前記可動部の曲がる方向が直交するように前記配線基板に複数の前記半導体素子が固定されてもよい。
この構成を採用すると、簡素な構造で歩留まり高く製造できる１軸のモーションセンサを組み合わせて２軸以上のモーションセンサを安価に構成できるとともに、１軸モーションセンサを構成するそれぞれの半導体素子が配線基板に配置される領域の総面積が、それぞれの半導体素子の主面を配線基板に対向させる場合に比べて小さくなるため、実装密度を高めることができる。
【０００９】
（３）上記目的を達成するためのＭＥＭＳパッケージにおいて、前記半導体素子の主面の縁領域は、前記半導体素子の端面に向かって落ち込む傾斜面であってもよい。
この構成を採用すると、半導体素子の端子まわりの空間が広がるため、半導体素子の端子に配線基板の端子を接合することが容易になる。
【００１０】
（４）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ実装方法は、可動部を有し主面の縁領域に端子が形成された半導体素子と、前記半導体素子の前記主面に主面が対向するカバーと、前記半導体素子の端子よりも内側に位置し前記半導体素子と前記カバーとの間に空隙を形成する封止部と、を備えるＭＥＭＳモジュールを準備する工程と、主面に端子が形成された配線基板を準備する工程と、前記半導体素子の端面が前記配線基板の主面に対向する姿勢で前記半導体素子および前記カバーを前記配線基板に取り付けるとともに前記配線基板の主面に形成された端子と前記半導体素子の端子とを電気的に接続する工程と、を含む。
【００１１】
本発明によると、製造コストを抑制できるとともに、可動部を有する半導体素子を配線基板に対して高い密度で配置することができる。
【００１２】
（５）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ実装方法において、前記配線基板に取り付けられた前記半導体素子および前記カバーの全体を封止する工程をさらに含んでもよい。
この構成を採用すると、半導体素子の可動部の密閉性が向上するとともに、遮光性が高まることによって光電変換ノイズを抑制できる。
【００１３】
（６）上記目的を達成するためのＭＥＭＳパッケージにおいて、前記配線基板に取り付けられた前記半導体素子および前記カバーと、前記配線基板との間の空隙を封止する工程をさらに含んでもよい。
この構成を採用すると、半導体素子および配線基板の端子の変性を防止できるとともに、半導体素子と配線基板との接合強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１Ａは第一実施形態にかかる斜視図。図１Ｂは第一実施形態にかかる断面図。図１Ｃおよび図１Ｄは第一実施形態にかかる部分断面図。
【図２】図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃは第一実施形態にかかる平面図。
【図３】第一実施形態にかかる斜視図。
【図４】第一実施形態にかかる斜視図。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは第二実施形態にかかる部分断面図。
【図６】第三実施形態にかかる断面図。
【図７】第四実施形態にかかる断面図。
【図８】図８Ａは第五実施形態にかかる断面図であって、図８Ｂに示す８Ａ−８Ａ線断面を示している。図８Ｂは第五実施形態にかかる平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら以下の順に説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
１．第一実施形態
図１Ａおよび図１Ｂは本発明によるＭＥＭＳパッケージの第一実施形態としての３軸加速度センサ１を示している。３軸加速度センサ１は、３つの加速度センサユニット１０、１１、１２と、加速度センサユニット１０、１１、１２が取り付けられた配線基板１３とを備えている。加速度センサユニット１０、１１、１２はそれぞれが１軸加速度センサを構成しているＭＥＭＳモジュールである。加速度センサユニット１０、１１、１２のそれぞれが加速度を検出する方向は互いに直交しているため、３軸加速度センサ１は３軸の加速度成分を検出することができる。加速度センサユニット１０、１１、１２のそれぞれは、２つのカバーと、２つのカバーと封止部とによって封止された半導体素子とを備えている。
【００１６】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、加速度センサユニット１２は、板状のカバー１２１ａ、１２１ｂと板状の半導体素子１２２とを備えている。半導体素子１２２は、図２Ｃに示す環状の支持部１２２ａと、支持部１２２ａの内側に位置する錘部１２２ｂと、支持部１２２ａと錘部１２２ｂとを連結している板状の梁部１２２ｃとを有する。支持部１２２ａと錘部１２２ｂと梁部１２２ｃとは、表面に絶縁層が形成されたシリコン基板を異方的にエッチングすることによって一体に形成されている。このため支持部１２２ａと錘部１２２ｂと梁部１２２ｃの図２Ｃにおける紙面垂直方向の幅（図１Ｂにおける水平方向の幅）は同一である。
【００１７】
梁部１２２ｃは図２Ｃにおける水平方向の幅が図２Ｃにおける紙面垂直方向の幅よりも十分狭い。このため、図２Ｃにおける水平方向に生ずる加速度に応じて錘部１２２ｂに作用する慣性力によって梁部１２２ｃは図２Ｃにおける水平方向に撓む。このように錘部１２２ｂおよび梁部１２２ｃは半導体素子１２２の可動部を構成している。
【００１８】
梁部１２２ｃと支持部１２２ａの境界近傍には歪み検出素子１２７ａ、１２７ｂが設けられている。歪み検出素子１２７ａ、１２７ｂはピエゾ抵抗素子や圧電素子からなる。歪み検出素子１２７ａ、１２７ｂは梁部１２２ｃの端面すなわち半導体素子１２２の主面に設けられ、互いに離間している。
【００１９】
歪み検出素子１２７ａ、１２７ｂのそれぞれからはアルミニウムなどからなるリード１２６が引き出されている。リード１２６の端部は端子１２６ａを形成している。端子１２６ａは半導体素子１２２の主面の縁領域に位置するバンプとして構成される。バンプのみをアルミニウムなどの金属材料で形成するとともに、バンプと歪み検出素子１２７ａ、１２７ｂとを接続する導線については不純物の高濃度ドーピングによって形成しても良い。例えば、歪み検出素子としての歪みゲージと導線とを絶縁層上に形成されたポリシリコン層に対する不純物の高濃度ドーピングによって形成した後に、アルミニウムの膜形成とパターニングによってバンプを形成しても良い。
【００２０】
リード１２６が形成されている半導体素子１２２の一方の主面に対して裏側にあたる他方の主面には、図１Ｂに示す結合パッド１２４が複数設けられている。これらの結合パッド１２４は端子１２６ａと同じ側の縁領域に形成されている。結合パッド１２４は端子１２６ａと同一材料からなる。
【００２１】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、カバー１２１ａ、１２１ｂおよび半導体素子１２２の主面は互いに平行である。半導体素子１２２の一方の主面にカバー１２１ａの一方の主面が対向し、半導体素子１２２の他方の主面にカバー１２１ｂの一方の主面が対向している。カバー１２１ａと半導体素子１２２との間には空隙が形成されている。この空隙は半導体素子１２２とカバー１２１ａとを結合している環状の封止部１２８の厚みによって形成されている。同様に、カバー１２１ｂと半導体素子１２２との間には、環状の封止部１２９によって空隙が形成されている。封止部１２８、１２９は、ポリイミド等の樹脂からなり、それぞれ支持部１２２ａを一周するように環状に形成されている。
【００２２】
カバー１２１ａの半導体素子１２２と対向する主面には、端子１２６ａと対向する位置に結合パッド１２５ａが設けられている。カバー１２１ｂの半導体素子１２２と対向する主面には、結合パッド１２４と対向する位置に結合パッド１２５ｂが設けられている。結合パッド１２５ａ、１２５ｂは端子１２６ａと同一材料からなる。
【００２３】
リード１２６が形成されている半導体素子１２２の主面に結合している封止部１２８は、端子１２６ａよりも結合パッド１２５ａよりも内側において支持部１２２ａを一周している。このため端子１２６ａおよび結合パッド１２５ａは加速度センサユニット１２の外側に露出している。リード１２６が形成されている半導体素子１２２の一方の主面に対して裏側にあたる他方の主面に結合している封止部１２９は、結合パッド１２４、１２５ｂよりも内側において支持部１２２ａを一周している。このため結合パッド１２４、１２５ｂは加速度センサユニット１２の外側に露出している。
【００２４】
図１Ａ、図１Ｂおよび図２に示すようにリード１０６、１１６、１２６のレイアウトを除いて、加速度センサユニット１０、１１、１２の構成は共通している。加速度センサユニット１０、１１、１２は、それぞれの半導体素子の端子１０６ａ、１１６ａ、１２６ａが近傍に設けられている辺が配線基板１３と対向するとともに、それぞれの梁部１０２ｃ、１１２ｃ、１２２ｃが加速度に応じて曲がる方向（図１Ｂの矢印参照）が直交するように配線基板１３に固定されている。具体的には以下の通りである。
【００２５】
加速度センサユニット１２の外側に露出している端子１２６ａ、結合１２４、パッド１２５ａ、１２５ｂと、配線基板１３の主面に形成された端子１３１、１３２とが結合部１３５によって結合される。結合部１３５は、半田、導電ペースト、金属バンプ等の導電性材料からなり、加速度センサユニット１２の端子１２６ａと配線基板１３の端子１３１とを電気的に接続する。また、加速度センサユニット１２と配線基板１３との電気的な接続に寄与しない結合パッド１２４，１２５ａ、１２５ｂを結合部１３５によって配線基板１３の端子１３１、１３２と結合することで、加速度センサユニット１２と配線基板１３との結合強度を高めている。
【００２６】
加速度センサユニット１１の外側に露出している端子１１６ａ、結合パッド（図示省略）と、配線基板１３の主面に形成された端子１３２、１３３とが結合部１３５によって結合される。結合部１３５は、加速度センサユニット１１の端子１１６ａと配線基板１３の端子１３２、１３３とを電気的に接続する。また、加速度センサユニット１１と配線基板１３との電気的な接続に寄与しない結合パッド（図示省略）同士を結合部１３５によって結合することで、加速度センサユニット１１と配線基板１３との結合強度を高めている。
【００２７】
加速度センサユニット１０の外側に露出している端子１０６ａ、結合パッド１０４、１０５ａ、１０５ｂと、配線基板１３の主面に形成された端子１３３、１３４とが結合部１３５によって結合される。結合部１３５は、半田、導電ペースト、金属バンプ等の導電性材料からなり、加速度センサユニット１０の端子１０６ａと配線基板１３の端子１３４とを電気的に接続する。また、加速度センサユニット１０と配線基板１３との電気的な接続に寄与しない結合パッド１０４、１０５ａ、１０５ｂを結合部１３５によって結合することで、加速度センサユニット１０と配線基板１３との結合強度を高めている。以上、加速度センサユニット１０、１１、１２を配線基板１３に固定するとともに電気的に接続する形態について説明した。
【００２８】
次に３軸加速度センサ１の製造方法について説明する。
はじめに半導体素子１０２、１１２、１２２と、カバー１０１ａ、１０１ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂとを準備する。半導体素子１０２、１１２、１２２は、シリコン基板のＤｅｅｐ−ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を用いて同じ厚さの支持部１０２ａ、１１２ａ、１２２ａ、梁部１０２ｃ、１１２ｃ、１２２ｃおよび錘部１０２ｂ、１１２ｂ、１２２ｂを同時にパターニングする点を除いては、公知の１軸加速度センサの製造方法によって製造される。カバー１０１ａ、１０１ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂは、セラミックス、ガラス、ガラスセラミックス、シリコン、金属、樹脂などからなる板を切り分けることによって製造される。
【００２９】
次に半導体素子１０２と、カバー１０１ａ、１０１ｂとを封止部１０８、１０９によって結合し、加速度センサユニット１０を準備する。具体的には、半導体素子１０２と、カバー１０１ａ、１０１ｂとをポリイミドなどの熱硬化性樹脂によって気密に接合する。また同様に、半導体素子１１２と、カバー１１１ａ、１１１ｂとを封止部１１８、１１９によって気密に結合し、加速度センサユニット１１を準備する。また同様に、半導体素子１２２と、カバー１２１ａ、１２１ｂとを封止部１２８、１２９によって気密に結合し、加速度センサユニット１２を準備する。なお、半導体素子１０２、１１２、１２２と、カバー１０１ａ、１０１ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂとの結合は、ウエハから半導体素子１０２、１１２、１２２、カバー１０１ａ、１０１ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂの個片を切り分ける前の工程で実施することができる。そしてウエハ状態で封止部１０８、１０９、１１８、１１９、１２８、１２９によって結合された半導体素子とカバーとを同時に個片に切り分けることによって、加速度センサユニット１０、１１、１２を得ても良い。
【００３０】
次に端子１３１、１３２、１３３、１３４が形成された配線基板１３を準備する。配線基板１３は周知のプリント配線基板の製造方法によって製造することができる。
【００３１】
次に半導体素子１０２、１１２、１２２の端面が配線基板１３の主面に対向する姿勢で加速度センサユニット１０、１１、１２を配線基板１３に取り付ける。具体的にはまず、図１Ｃに示すように、配線基板１３の端子１３１、１３２の表面に半田、導電ペースト等からなる結合部１３５を形成する。次に半導体素子１２２の端子１２６ａが近傍に形成されている端面を配線基板１３の端子１３１、１３２が形成されている主面に対向させる。次に図１Ｄに示すように、端子１２６ａと結合パッド１２５ａとが露出している半導体素子１２２とカバー１２１ａとの間の空隙に結合部１３５を押し入れることによって、端子１２６ａと結合パッド１２５ａとに結合部１３５を接触させる。このとき、端子１３５の表面に形成された結合部１３５と結合パッド１２４、１２６ｂとも接触する。その後、加熱して結合部１３５を硬化させると、配線基板１３に加速度センサユニット１２が固定されるとともに電気的に接続される。同様に、加速度センサユニット１０、１１は、端子１３２、１３３、１３４の表面に形成された結合部１３５によって配線基板１３に固定されるとともに電気的に接続される。
【００３２】
さらに、図３に示す３軸加速度センサ２のように配線基板１３と加速度センサユニット１０、１１、１２との間の空隙を樹脂１６によって封止しても良い。これにより端子１０６ａ、１１６ａ、１２６ａ、１３１、１３２、１３３、１３４の変性を防止できるとともに、加速度センサユニット１０、１１、１２と配線基板１３との結合強度を高めることができる。またさらに、図４に示す３軸加速度センサ３のように、配線基板１３に取り付けられた加速度センサユニット１０、１１、１２の全体を樹脂１５によって封止しても良い。これにより、半導体素子１０２、１１２、１２２の密閉性が向上するとともに、遮光性が高まることによって光電変換ノイズを抑制できる。
【００３３】
以上説明した本発明の第一実施形態によると、カバー１０１ａ、１０１ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂと封止部１０８、１０９、１１８、１１９、１２８、１２９とによって半導体素子１０２、１１２、１２２の錘部１０２ｂ、１１２ｂ、１２２ｂおよび梁部１０２ｃ、１１２ｃ、１２２ｃを保護することができる。そして、封止された半導体素子１０２、１１２、１２２を結合部１３５によって配線基板１３に固定し、同時に、配線基板１３と半導体素子１０２、１１２、１２２とを結合部１３５によって電気的に接続することができる。金属ワイヤやビルドアップ基板といった接続部材を用いることなく、半導体素子１０２、１１２、１２２と配線基板１３とを電気的に接続することができるため、製造コストを抑制できる。また、半導体素子毎にパッケージ基板を備える必要がなく、またパッケージ基板の主面に備わる端子と配線基板の端子とを接続する必要がないため、半導体素子１０２、１１２、１２２を配線基板１３に対して高い密度で配置することができる。さらに簡素な構造で歩留まり高く製造できる１軸の加速度センサユニット１０、１１、１２を組み合わせて３軸加速度センサ１を安価に構成できるとともに、１軸モーションセンサを構成するそれぞれの加速度センサユニット１０、１１、１２が配線基板１３に配置される領域の総面積が、それぞれの加速度センサユニット１０、１１、１２の主面を配線基板１３に対向させる場合に比べて小さくなるため、実装密度を高めることができる。また、結合パッド１０４，１０５ａ、１０５ｂ、１２４、１２５ａ、１２５ｂを設け、半導体素子１０２、１１２、１２２の端子１０６ａ、１１６ａ、１２６ａとともにこれらを結合部１３５によって配線基板１３の端子１３１、１３２、１３３、１３４に結合するため、端子１０６ａ、１１６ａ、１２６ａだけを配線基板１３の端子１３１、１３２、１３３、１３４に結合する場合に比べて配線基板１３と半導体素子１０２、１１２、１２２との結合強度が高くなる。
【００３４】
２．第二実施形態
図５に示すマイクロコネクタ１３２ａによって配線基板１３に加速度センサユニット１０、１１、１２を取り付けても良い。マイクロコネクタ１３２ａは、配線基板１３の端子１３２から突出した先端が鋭利な突起である。このようなマイクロコネクタ１３２ａは、犠牲膜を用いた導電膜の形成とイオンミリングとを用いて形成することができる。イオンミリングでは角部のエッチングレートが高まるため、例えば円柱体に形成された導電膜をイオンミリングによって円錘体に変形することができる。マイクロコネクタ１３２ａの鋭利な先端部の円錐体底面の直径を、半導体素子１２２とカバー１２１ａ、１２１ｂとの間の空隙の幅よりも大きくすることにより、図５Ｂに示すように端子１２６ａと結合パッド１２５ａ、１２４、１２５ｂとにマイクロコネクタ１３２ａを固定するとともに電気的に接続することができる。
【００３５】
３．第三実施形態
図６に示す３軸加速度センサ４のようにカバー１０１ａ、１０１ｂ、１２１ａ、１２１ｂの端面の位置を端子１０６ａ、１１６ａ、１２６ａよりも内側に設定しても良い。これにより結合部１３５の周囲の空間が広がるため、配線基板１３への加速度センサユニット１０、１１、１２の取付が容易になる。
【００３６】
４．第四実施形態
図７に示す３軸加速度センサ５のように半導体素子１０２、１１２、１２２の主面の縁領域を端面に向かって落ち込む傾斜面として形成するとともに、その傾斜面に端子１０６ａ、１１６ａ、１２６ａを形成しても良い。また、カバー１０１ｂ、１１１ｂ、１２１ｂの主面の縁領域を端面に向かって落ち込む傾斜面として形成するとともに、その傾斜面に結合パッド１０５ｂ、１１５ｂ、１２５ｂを形成しても良い。これにより結合部１３５の周囲の空間が広がるため、配線基板１３への加速度センサユニット１０、１１、１２の取付が容易になる。端子１０６ａ、１１６ａ、１２６ａが形成される半導体素子１０２、１１２、１２２、結合パッド１０５ｂ、１１５ｂ、１２５ｂが形成されるカバー１０１ｂ、１１１ｂ、１２１ｂの傾斜面は、イオンミリング、サンドブラスト、研削、研磨等によって形成することができる。
【００３７】
５．第五実施形態
図８に示す３軸加速度センサ６のように加速度センサユニット１１によって半導体素子１０２の一方の主面と半導体素子１２２の一方の主面とを覆っても良い。すなわち、半導体素子１０２の一方の主面と加速度センサユニット１１の端面とを環状の封止部１０９によって結合し、半導体素子１２２の一方の主面と加速度センサユニット１１の端面とを環状の封止部１２８によって結合することにより、図１に示すカバー１０１ｂ、１２１ａを省略しながらも加速度センサユニット１０、１１、１２のそれぞれを封止することができる。
【００３８】
６．他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３９】
尚、加速度センサユニット１０、１１、１２のそれぞれは、カバー１０１ａ、１０１ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂおよび封止部１０８、１０９、１１８、１１９、１２８、１２９によって封止されているため、そのままＭＥＭＳパッケージとして出荷することもできるし、配線基板１３に制御用の半導体素子を加速度センサユニット１０、１１、１２とは別に取り付けた状態でＭＥＭＳパッケージとして出荷することもできる。そして本発明は３軸加速度センサ以外にも、角速度センサ等の他の２軸以上のモーションセンサや、圧力センサ、マイクロホン、スピーカーなど、可動部を有しトランスデューサーとして機能する半導体素子を配線基板に対して垂直に取り付ける様々な形態に適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１，２，３，４，５，６…３軸加速度センサ…、１０，１１，１２…加速度センサユニット…、１３…配線基板、１５…樹脂、１６…樹脂、１０１ａ，１０１ｂ，１１１ａ，１１１ｂ，１２１ａ，１２１ｂ…カバー、１０２，１１２，１２２…半導体素子、１０２ａ…支持部、１０２ｂ…錘部、１０２ｃ…梁部、１０５ａ，１０５ｂ…結合パッド、１０６，１１６，１２６…リード、１０６ａ…端子、１０８，１０９，１１８，１１９，１２８，１２９…封止部、１２２ａ…支持部、１２２ｂ…錘部、１２２ｃ…梁部、１２４，１２５ａ，１２５ｂ…結合パッド、１２６…リード、１２６ａ…端子、１０７ａ，１０７ｂ，１１７ａ，１１７ｂ，１２７ａ，１２７ｂ…歪み検出素子、１３１，１３２，１３３，１３４…端子、１３２ａ…マイクロコネクタ、１３５…結合部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）パッケージおよびＭＥＭＳ実装方法に関し、特に可動部を有する半導体素子を配線基板に対して垂直に取り付けるとともに電気的に接続する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の半導体素子をスタックするなどして実装密度を高める技術が知られている（特許文献１、２、３、４、５参照）。特許文献１には、複数の半導体素子をスタックするとともに、半導体素子の貫通電極によって複数の半導体素子を接続する技術が開示されている。特許文献２、３には、スペーサーを介して複数の半導体素子を配線基板上にスタックし、それぞれの半導体素子に接合した金属ワイヤを半導体素子の側面に沿って折り曲げ、金属ワイヤが接続された側面配線を介して各半導体素子と配線基板とを接続する技術が開示されている。特許文献４には、可動部を有する半導体素子をそれぞれにフリップチップ実装した複数の基板を立体的に結合する技術が開示されている。特許文献５には、半導体素子を配線基板に対して垂直に取り付けるとともに電気的に接続する技術が開示されている。特許文献５によると、側面に層間接続配線が露出したビルドアップ基板に半導体素子を取り付け、ビルドアップ基板の層間接続配線を側面配線基板に接続することで、実装密度が高められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３１３５９４号公報
【特許文献２】特開２００９−２７０３９号公報
【特許文献３】特開２００９−２６９６９号公報
【特許文献４】特開２００８−１４１１２８号公報
【特許文献５】特開２００１−２３７３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されているように貫通電極を半導体素子に形成すると製造コストが増大する。特許文献２、３に記載されているように半導体素子に接合した金属ワイヤを半導体素子の側面に沿って折り曲げる場合、小型化および低コスト化が困難であるとともに、金属ワイヤの折り曲げに伴う応力が問題になる。特許文献４には、立体的に結合された複数の基板が配線基板にどのように接続されるかについての記載はない。特許文献５に記載されているようにビルドアップ基板を用いて半導体素子を配線基板に対して垂直に取り付けるとともに接続する場合、半導体素子毎にビルドアップ基板が必要になることが小型化および低コスト化の障壁となる。
【０００５】
本発明はこれらの問題に鑑みて創作されたものであって、製造コストを抑制できる簡素な構成で、可動部を有する半導体素子を配線基板に対して高い密度で配置するとともに電気的に接続することを実現することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するためのＭＥＭＳパッケージは、可動部を有し主面の縁領域に端子が形成された半導体素子と、前記半導体素子の前記主面に主面が対向するカバーと、前記半導体素子の端子よりも内側に位置し前記半導体素子と前記カバーとの間に空隙を形成する封止部と、を備え、前記半導体素子の端面が配線基板の主面に対向した状態において前記配線基板の主面に形成された端子と前記半導体素子の端子とが接合されることによって、前記半導体素子が前記配線基板に固定されるとともに前記配線基板の主面に形成された端子と前記半導体素子の端子とが電気的に接続される。
【０００７】
本発明によると、カバーと封止部とによって半導体素子の可動部を保護することができる。そして半導体素子の端子は封止部より外側に露出する。したがって、封止された半導体素子の端面が配線基板の主面に対向する状態において、露出している半導体素子の端子と配線基板の端子とを接合することができる。すなわち、半導体素子の端子と配線基板の端子とを接合することによって、封止された半導体素子を配線基板に固定し、同時に、配線基板と半導体素子とを電気的に接続することができる。したがって本発明によると、金属ワイヤやビルドアップ基板といった接続部材を用いることなく、半導体素子と配線基板とを電気的に接続することができるため、製造コストを抑制できる。また本発明によると、半導体素子毎にパッケージ基板（本明細書において、パッケージ基板とは密封された内部の配線要素と外部の配線要素とを電気的に接続するための配線要素を備える基板である。）を備える必要がなく、またパッケージ基板の主面に備わる端子と配線基板の端子とを接続する必要がないため、可動部を有する半導体素子を配線基板に対して高い密度で配置することができる。なお、本明細書において"主面"と"端面"の用語は次の意味において用いられる。すなわち、板状の物体の表面全体が、互いに表裏の関係にあっていずれの"端面"よりも広い２つの"主面"と、２つの"主面"の間をつなぎ環状に連続しそれぞれが"主面"よりも狭い複数の"端面"とで構成されているという認識を前提として、"主面"と"端面"の用語を用いる。
【０００８】
（２）上記目的を達成するためのＭＥＭＳパッケージにおいて、前記半導体素子は、前記半導体素子の前記主面と平行な方向に曲がる前記可動部を有するとともに１軸モーションセンサとして機能し、それぞれの前記可動部の曲がる方向が直交するように前記配線基板に複数の前記半導体素子が固定されてもよい。
この構成を採用すると、簡素な構造で歩留まり高く製造できる１軸のモーションセンサを組み合わせて２軸以上のモーションセンサを安価に構成できるとともに、１軸モーションセンサを構成するそれぞれの半導体素子が配線基板に配置される領域の総面積が、それぞれの半導体素子の主面を配線基板に対向させる場合に比べて小さくなるため、実装密度を高めることができる。
【０００９】
（３）上記目的を達成するためのＭＥＭＳパッケージにおいて、前記半導体素子の主面の縁領域は、前記半導体素子の端面に向かって落ち込む傾斜面であってもよい。
この構成を採用すると、半導体素子の端子まわりの空間が広がるため、半導体素子の端子に配線基板の端子を接合することが容易になる。
【００１０】
（４）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ実装方法は、可動部を有し主面の縁領域に端子が形成された半導体素子と、前記半導体素子の前記主面に主面が対向するカバーと、前記半導体素子の端子よりも内側に位置し前記半導体素子と前記カバーとの間に空隙を形成する封止部と、を備えるＭＥＭＳモジュールを準備する工程と、主面に端子が形成された配線基板を準備する工程と、前記半導体素子の端面が前記配線基板の主面に対向する姿勢で前記半導体素子および前記カバーを前記配線基板に取り付けるとともに前記配線基板の主面に形成された端子と前記半導体素子の端子とを電気的に接続する工程と、を含む。
【００１１】
本発明によると、製造コストを抑制できるとともに、可動部を有する半導体素子を配線基板に対して高い密度で配置することができる。
【００１２】
（５）上記目的を達成するためのＭＥＭＳ実装方法において、前記配線基板に取り付けられた前記半導体素子および前記カバーの全体を封止する工程をさらに含んでもよい。
この構成を採用すると、半導体素子の可動部の密閉性が向上するとともに、遮光性が高まることによって光電変換ノイズを抑制できる。
【００１３】
（６）上記目的を達成するためのＭＥＭＳパッケージにおいて、前記配線基板に取り付けられた前記半導体素子および前記カバーと、前記配線基板との間の空隙を封止する工程をさらに含んでもよい。
この構成を採用すると、半導体素子および配線基板の端子の変性を防止できるとともに、半導体素子と配線基板との接合強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１Ａは第一実施形態にかかる斜視図。図１Ｂは第一実施形態にかかる断面図。図１Ｃおよび図１Ｄは第一実施形態にかかる部分断面図。
【図２】図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃは第一実施形態にかかる平面図。
【図３】第一実施形態にかかる斜視図。
【図４】第一実施形態にかかる斜視図。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは第二実施形態にかかる部分断面図。
【図６】第三実施形態にかかる断面図。
【図７】第四実施形態にかかる断面図。
【図８】図８Ａは第五実施形態にかかる断面図であって、図８Ｂに示す８Ａ−８Ａ線断面を示している。図８Ｂは第五実施形態にかかる平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら以下の順に説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
１．第一実施形態
図１Ａおよび図１Ｂは本発明によるＭＥＭＳパッケージの第一実施形態としての３軸加速度センサ１を示している。３軸加速度センサ１は、３つの加速度センサユニット１０、１１、１２と、加速度センサユニット１０、１１、１２が取り付けられた配線基板１３とを備えている。加速度センサユニット１０、１１、１２はそれぞれが１軸加速度センサを構成しているＭＥＭＳモジュールである。加速度センサユニット１０、１１、１２のそれぞれが加速度を検出する方向は互いに直交しているため、３軸加速度センサ１は３軸の加速度成分を検出することができる。加速度センサユニット１０、１１、１２のそれぞれは、２つのカバーと、２つのカバーと封止部とによって封止された半導体素子とを備えている。
【００１６】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、加速度センサユニット１２は、板状のカバー１２１ａ、１２１ｂと板状の半導体素子１２２とを備えている。半導体素子１２２は、図２Ｃに示す環状の支持部１２２ａと、支持部１２２ａの内側に位置する錘部１２２ｂと、支持部１２２ａと錘部１２２ｂとを連結している板状の梁部１２２ｃとを有する。支持部１２２ａと錘部１２２ｂと梁部１２２ｃとは、表面に絶縁層が形成されたシリコン基板を異方的にエッチングすることによって一体に形成されている。このため支持部１２２ａと錘部１２２ｂと梁部１２２ｃの図２Ｃにおける紙面垂直方向の幅（図１Ｂにおける水平方向の幅）は同一である。
【００１７】
梁部１２２ｃは図２Ｃにおける水平方向の幅が図２Ｃにおける紙面垂直方向の幅よりも十分狭い。このため、図２Ｃにおける水平方向に生ずる加速度に応じて錘部１２２ｂに作用する慣性力によって梁部１２２ｃは図２Ｃにおける水平方向に撓む。このように錘部１２２ｂおよび梁部１２２ｃは半導体素子１２２の可動部を構成している。
【００１８】
梁部１２２ｃと支持部１２２ａの境界近傍には歪み検出素子１２７ａ、１２７ｂが設けられている。歪み検出素子１２７ａ、１２７ｂはピエゾ抵抗素子や圧電素子からなる。歪み検出素子１２７ａ、１２７ｂは梁部１２２ｃの端面すなわち半導体素子１２２の主面に設けられ、互いに離間している。
【００１９】
歪み検出素子１２７ａ、１２７ｂのそれぞれからはアルミニウムなどからなるリード１２６が引き出されている。リード１２６の端部は端子１２６ａを形成している。端子１２６ａは半導体素子１２２の主面の縁領域に位置するバンプとして構成される。バンプのみをアルミニウムなどの金属材料で形成するとともに、バンプと歪み検出素子１２７ａ、１２７ｂとを接続する導線については不純物の高濃度ドーピングによって形成しても良い。例えば、歪み検出素子としての歪みゲージと導線とを絶縁層上に形成されたポリシリコン層に対する不純物の高濃度ドーピングによって形成した後に、アルミニウムの膜形成とパターニングによってバンプを形成しても良い。
【００２０】
リード１２６が形成されている半導体素子１２２の一方の主面に対して裏側にあたる他方の主面には、図１Ｂに示す結合パッド１２４が複数設けられている。これらの結合パッド１２４は端子１２６ａと同じ側の縁領域に形成されている。結合パッド１２４は端子１２６ａと同一材料からなる。
【００２１】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、カバー１２１ａ、１２１ｂおよび半導体素子１２２の主面は互いに平行である。半導体素子１２２の一方の主面にカバー１２１ａの一方の主面が対向し、半導体素子１２２の他方の主面にカバー１２１ｂの一方の主面が対向している。カバー１２１ａと半導体素子１２２との間には空隙が形成されている。この空隙は半導体素子１２２とカバー１２１ａとを結合している環状の封止部１２８の厚みによって形成されている。同様に、カバー１２１ｂと半導体素子１２２との間には、環状の封止部１２９によって空隙が形成されている。封止部１２８、１２９は、ポリイミド等の樹脂からなり、それぞれ支持部１２２ａを一周するように環状に形成されている。
【００２２】
カバー１２１ａの半導体素子１２２と対向する主面には、端子１２６ａと対向する位置に結合パッド１２５ａが設けられている。カバー１２１ｂの半導体素子１２２と対向する主面には、結合パッド１２４と対向する位置に結合パッド１２５ｂが設けられている。結合パッド１２５ａ、１２５ｂは端子１２６ａと同一材料からなる。
【００２３】
リード１２６が形成されている半導体素子１２２の主面に結合している封止部１２８は、端子１２６ａよりも結合パッド１２５ａよりも内側において支持部１２２ａを一周している。このため端子１２６ａおよび結合パッド１２５ａは加速度センサユニット１２の外側に露出している。リード１２６が形成されている半導体素子１２２の一方の主面に対して裏側にあたる他方の主面に結合している封止部１２９は、結合パッド１２４、１２５ｂよりも内側において支持部１２２ａを一周している。このため結合パッド１２４、１２５ｂは加速度センサユニット１２の外側に露出している。
【００２４】
図１Ａ、図１Ｂおよび図２に示すようにリード１０６、１１６、１２６のレイアウトを除いて、加速度センサユニット１０、１１、１２の構成は共通している。加速度センサユニット１０、１１、１２は、それぞれの半導体素子の端子１０６ａ、１１６ａ、１２６ａが近傍に設けられている辺が配線基板１３と対向するとともに、それぞれの梁部１０２ｃ、１１２ｃ、１２２ｃが加速度に応じて曲がる方向（図１Ｂの矢印参照）が直交するように配線基板１３に固定されている。具体的には以下の通りである。
【００２５】
加速度センサユニット１２の外側に露出している端子１２６ａ、結合１２４、パッド１２５ａ、１２５ｂと、配線基板１３の主面に形成された端子１３１、１３２とが結合部１３５によって結合される。結合部１３５は、半田、導電ペースト、金属バンプ等の導電性材料からなり、加速度センサユニット１２の端子１２６ａと配線基板１３の端子１３１とを電気的に接続する。また、加速度センサユニット１２と配線基板１３との電気的な接続に寄与しない結合パッド１２４，１２５ａ、１２５ｂを結合部１３５によって配線基板１３の端子１３１、１３２と結合することで、加速度センサユニット１２と配線基板１３との結合強度を高めている。
【００２６】
加速度センサユニット１１の外側に露出している端子１１６ａ、結合パッド（図示省略）と、配線基板１３の主面に形成された端子１３２、１３３とが結合部１３５によって結合される。結合部１３５は、加速度センサユニット１１の端子１１６ａと配線基板１３の端子１３２、１３３とを電気的に接続する。また、加速度センサユニット１１と配線基板１３との電気的な接続に寄与しない結合パッド（図示省略）同士を結合部１３５によって結合することで、加速度センサユニット１１と配線基板１３との結合強度を高めている。
【００２７】
加速度センサユニット１０の外側に露出している端子１０６ａ、結合パッド１０４、１０５ａ、１０５ｂと、配線基板１３の主面に形成された端子１３３、１３４とが結合部１３５によって結合される。結合部１３５は、半田、導電ペースト、金属バンプ等の導電性材料からなり、加速度センサユニット１０の端子１０６ａと配線基板１３の端子１３４とを電気的に接続する。また、加速度センサユニット１０と配線基板１３との電気的な接続に寄与しない結合パッド１０４、１０５ａ、１０５ｂを結合部１３５によって結合することで、加速度センサユニット１０と配線基板１３との結合強度を高めている。以上、加速度センサユニット１０、１１、１２を配線基板１３に固定するとともに電気的に接続する形態について説明した。
【００２８】
次に３軸加速度センサ１の製造方法について説明する。
はじめに半導体素子１０２、１１２、１２２と、カバー１０１ａ、１０１ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂとを準備する。半導体素子１０２、１１２、１２２は、シリコン基板のＤｅｅｐ−ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を用いて同じ厚さの支持部１０２ａ、１１２ａ、１２２ａ、梁部１０２ｃ、１１２ｃ、１２２ｃおよび錘部１０２ｂ、１１２ｂ、１２２ｂを同時にパターニングする点を除いては、公知の１軸加速度センサの製造方法によって製造される。カバー１０１ａ、１０１ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂは、セラミックス、ガラス、ガラスセラミックス、シリコン、金属、樹脂などからなる板を切り分けることによって製造される。
【００２９】
次に半導体素子１０２と、カバー１０１ａ、１０１ｂとを封止部１０８、１０９によって結合し、加速度センサユニット１０を準備する。具体的には、半導体素子１０２と、カバー１０１ａ、１０１ｂとをポリイミドなどの熱硬化性樹脂によって気密に接合する。また同様に、半導体素子１１２と、カバー１１１ａ、１１１ｂとを封止部１１８、１１９によって気密に結合し、加速度センサユニット１１を準備する。また同様に、半導体素子１２２と、カバー１２１ａ、１２１ｂとを封止部１２８、１２９によって気密に結合し、加速度センサユニット１２を準備する。なお、半導体素子１０２、１１２、１２２と、カバー１０１ａ、１０１ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂとの結合は、ウエハから半導体素子１０２、１１２、１２２、カバー１０１ａ、１０１ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂの個片を切り分ける前の工程で実施することができる。そしてウエハ状態で封止部１０８、１０９、１１８、１１９、１２８、１２９によって結合された半導体素子とカバーとを同時に個片に切り分けることによって、加速度センサユニット１０、１１、１２を得ても良い。
【００３０】
次に端子１３１、１３２、１３３、１３４が形成された配線基板１３を準備する。配線基板１３は周知のプリント配線基板の製造方法によって製造することができる。
【００３１】
次に半導体素子１０２、１１２、１２２の端面が配線基板１３の主面に対向する姿勢で加速度センサユニット１０、１１、１２を配線基板１３に取り付ける。具体的にはまず、図１Ｃに示すように、配線基板１３の端子１３１、１３２の表面に半田、導電ペースト等からなる結合部１３５を形成する。次に半導体素子１２２の端子１２６ａが近傍に形成されている端面を配線基板１３の端子１３１、１３２が形成されている主面に対向させる。次に図１Ｄに示すように、端子１２６ａと結合パッド１２５ａとが露出している半導体素子１２２とカバー１２１ａとの間の空隙に結合部１３５を押し入れることによって、端子１２６ａと結合パッド１２５ａとに結合部１３５を接触させる。このとき、端子１３５の表面に形成された結合部１３５と結合パッド１２４、１２６ｂとも接触する。その後、加熱して結合部１３５を硬化させると、配線基板１３に加速度センサユニット１２が固定されるとともに電気的に接続される。同様に、加速度センサユニット１０、１１は、端子１３２、１３３、１３４の表面に形成された結合部１３５によって配線基板１３に固定されるとともに電気的に接続される。
【００３２】
さらに、図３に示す３軸加速度センサ２のように配線基板１３と加速度センサユニット１０、１１、１２との間の空隙を樹脂１６によって封止しても良い。これにより端子１０６ａ、１１６ａ、１２６ａ、１３１、１３２、１３３、１３４の変性を防止できるとともに、加速度センサユニット１０、１１、１２と配線基板１３との結合強度を高めることができる。またさらに、図４に示す３軸加速度センサ３のように、配線基板１３に取り付けられた加速度センサユニット１０、１１、１２の全体を樹脂１５によって封止しても良い。これにより、半導体素子１０２、１１２、１２２の密閉性が向上するとともに、遮光性が高まることによって光電変換ノイズを抑制できる。
【００３３】
以上説明した本発明の第一実施形態によると、カバー１０１ａ、１０１ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂと封止部１０８、１０９、１１８、１１９、１２８、１２９とによって半導体素子１０２、１１２、１２２の錘部１０２ｂ、１１２ｂ、１２２ｂおよび梁部１０２ｃ、１１２ｃ、１２２ｃを保護することができる。そして、封止された半導体素子１０２、１１２、１２２を結合部１３５によって配線基板１３に固定し、同時に、配線基板１３と半導体素子１０２、１１２、１２２とを結合部１３５によって電気的に接続することができる。金属ワイヤやビルドアップ基板といった接続部材を用いることなく、半導体素子１０２、１１２、１２２と配線基板１３とを電気的に接続することができるため、製造コストを抑制できる。また、半導体素子毎にパッケージ基板を備える必要がなく、またパッケージ基板の主面に備わる端子と配線基板の端子とを接続する必要がないため、半導体素子１０２、１１２、１２２を配線基板１３に対して高い密度で配置することができる。さらに簡素な構造で歩留まり高く製造できる１軸の加速度センサユニット１０、１１、１２を組み合わせて３軸加速度センサ１を安価に構成できるとともに、１軸モーションセンサを構成するそれぞれの加速度センサユニット１０、１１、１２が配線基板１３に配置される領域の総面積が、それぞれの加速度センサユニット１０、１１、１２の主面を配線基板１３に対向させる場合に比べて小さくなるため、実装密度を高めることができる。また、結合パッド１０４，１０５ａ、１０５ｂ、１２４、１２５ａ、１２５ｂを設け、半導体素子１０２、１１２、１２２の端子１０６ａ、１１６ａ、１２６ａとともにこれらを結合部１３５によって配線基板１３の端子１３１、１３２、１３３、１３４に結合するため、端子１０６ａ、１１６ａ、１２６ａだけを配線基板１３の端子１３１、１３２、１３３、１３４に結合する場合に比べて配線基板１３と半導体素子１０２、１１２、１２２との結合強度が高くなる。
【００３４】
２．第二実施形態
図５に示すマイクロコネクタ１３２ａによって配線基板１３に加速度センサユニット１０、１１、１２を取り付けても良い。マイクロコネクタ１３２ａは、配線基板１３の端子１３２から突出した先端が鋭利な突起である。このようなマイクロコネクタ１３２ａは、犠牲膜を用いた導電膜の形成とイオンミリングとを用いて形成することができる。イオンミリングでは角部のエッチングレートが高まるため、例えば円柱体に形成された導電膜をイオンミリングによって円錘体に変形することができる。マイクロコネクタ１３２ａの鋭利な先端部の円錐体底面の直径を、半導体素子１２２とカバー１２１ａ、１２１ｂとの間の空隙の幅よりも大きくすることにより、図５Ｂに示すように端子１２６ａと結合パッド１２５ａ、１２４、１２５ｂとにマイクロコネクタ１３２ａを固定するとともに電気的に接続することができる。
【００３５】
３．第三実施形態
図６に示す３軸加速度センサ４のようにカバー１０１ａ、１０１ｂ、１２１ａ、１２１ｂの端面の位置を端子１０６ａ、１１６ａ、１２６ａよりも内側に設定しても良い。これにより結合部１３５の周囲の空間が広がるため、配線基板１３への加速度センサユニット１０、１１、１２の取付が容易になる。
【００３６】
４．第四実施形態
図７に示す３軸加速度センサ５のように半導体素子１０２、１１２、１２２の主面の縁領域を端面に向かって落ち込む傾斜面として形成するとともに、その傾斜面に端子１０６ａ、１１６ａ、１２６ａを形成しても良い。また、カバー１０１ｂ、１１１ｂ、１２１ｂの主面の縁領域を端面に向かって落ち込む傾斜面として形成するとともに、その傾斜面に結合パッド１０５ｂ、１１５ｂ、１２５ｂを形成しても良い。これにより結合部１３５の周囲の空間が広がるため、配線基板１３への加速度センサユニット１０、１１、１２の取付が容易になる。端子１０６ａ、１１６ａ、１２６ａが形成される半導体素子１０２、１１２、１２２、結合パッド１０５ｂ、１１５ｂ、１２５ｂが形成されるカバー１０１ｂ、１１１ｂ、１２１ｂの傾斜面は、イオンミリング、サンドブラスト、研削、研磨等によって形成することができる。
【００３７】
５．第五実施形態
図８に示す３軸加速度センサ６のように加速度センサユニット１１によって半導体素子１０２の一方の主面と半導体素子１２２の一方の主面とを覆っても良い。すなわち、半導体素子１０２の一方の主面と加速度センサユニット１１の端面とを環状の封止部１０９によって結合し、半導体素子１２２の一方の主面と加速度センサユニット１１の端面とを環状の封止部１２８によって結合することにより、図１に示すカバー１０１ｂ、１２１ａを省略しながらも加速度センサユニット１０、１１、１２のそれぞれを封止することができる。
【００３８】
６．他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３９】
尚、加速度センサユニット１０、１１、１２のそれぞれは、カバー１０１ａ、１０１ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂおよび封止部１０８、１０９、１１８、１１９、１２８、１２９によって封止されているため、そのままＭＥＭＳパッケージとして出荷することもできるし、配線基板１３に制御用の半導体素子を加速度センサユニット１０、１１、１２とは別に取り付けた状態でＭＥＭＳパッケージとして出荷することもできる。そして本発明は３軸加速度センサ以外にも、角速度センサ等の他の２軸以上のモーションセンサや、圧力センサ、マイクロホン、スピーカーなど、可動部を有しトランスデューサーとして機能する半導体素子を配線基板に対して垂直に取り付ける様々な形態に適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１，２，３，４，５，６…３軸加速度センサ…、１０，１１，１２…加速度センサユニット…、１３…配線基板、１５…樹脂、１６…樹脂、１０１ａ，１０１ｂ，１１１ａ，１１１ｂ，１２１ａ，１２１ｂ…カバー、１０２，１１２，１２２…半導体素子、１０２ａ…支持部、１０２ｂ…錘部、１０２ｃ…梁部、１０５ａ，１０５ｂ…結合パッド、１０６，１１６，１２６…リード、１０６ａ…端子、１０８，１０９，１１８，１１９，１２８，１２９…封止部、１２２ａ…支持部、１２２ｂ…錘部、１２２ｃ…梁部、１２４，１２５ａ，１２５ｂ…結合パッド、１２６…リード、１２６ａ…端子、１０７ａ，１０７ｂ，１１７ａ，１１７ｂ，１２７ａ，１２７ｂ…歪み検出素子、１３１，１３２，１３３，１３４…端子、１３２ａ…マイクロコネクタ、１３５…結合部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部を有し主面の縁領域に端子が形成された半導体素子と、
前記半導体素子の前記主面に主面が対向するカバーと、
前記半導体素子の端子よりも内側に位置し前記半導体素子と前記カバーとの間に空隙を形成する封止部と、
を備え、
前記半導体素子の端面が配線基板の主面に対向した状態において前記配線基板の主面に形成された端子と前記半導体素子の端子とが接合されることによって、前記半導体素子が前記配線基板に固定されるとともに前記配線基板の主面に形成された端子と前記半導体素子の端子とが電気的に接続される、
ＭＥＭＳパッケージ。
【請求項２】
前記半導体素子は、前記半導体素子の前記主面と平行な方向に曲がる前記可動部を有するとともに１軸モーションセンサとして機能し、
それぞれの前記可動部の曲がる方向が直交するように前記配線基板に複数の前記半導体素子が固定される、
請求項１に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項３】
前記半導体素子の主面の縁領域は、前記半導体素子の端面に向かって落ち込む傾斜面である、
請求項１または２に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項４】
可動部を有し主面の縁領域に端子が形成された半導体素子と、前記半導体素子の前記主面に主面が対向するカバーと、前記半導体素子の端子よりも内側に位置し前記半導体素子と前記カバーとの間に空隙を形成する封止部と、を備えるＭＥＭＳモジュールを準備する工程と、
主面に端子が形成された配線基板を準備する工程と、
前記半導体素子の端面が前記配線基板の主面に対向する姿勢で前記半導体素子および前記カバーを前記配線基板に取り付けるとともに前記配線基板の主面に形成された端子と前記半導体素子の端子とを電気的に接続する工程と、
を含むＭＥＭＳ実装方法。
【請求項１】
可動部を有し主面の縁領域に端子が形成された半導体素子と、
前記半導体素子の前記主面に主面が対向するカバーと、
前記半導体素子の端子よりも内側に位置し前記半導体素子と前記カバーとの間に空隙を形成する封止部と、
を備え、
前記半導体素子の端面が配線基板の主面に対向した状態において前記配線基板の主面に形成された端子と前記半導体素子の端子とが接合されることによって、前記半導体素子が前記配線基板に固定されるとともに前記配線基板の主面に形成された端子と前記半導体素子の端子とが電気的に接続される、
ＭＥＭＳパッケージ。
【請求項２】
前記半導体素子は、前記半導体素子の前記主面と平行な方向に曲がる前記可動部を有するとともに１軸モーションセンサとして機能し、
それぞれの前記可動部の曲がる方向が直交するように前記配線基板に複数の前記半導体素子が固定される、
請求項１に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項３】
前記半導体素子の主面の縁領域は、前記半導体素子の端面に向かって落ち込む傾斜面である、
請求項１または２に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項４】
可動部を有し主面の縁領域に端子が形成された半導体素子と、前記半導体素子の前記主面に主面が対向するカバーと、前記半導体素子の端子よりも内側に位置し前記半導体素子と前記カバーとの間に空隙を形成する封止部と、を備えるＭＥＭＳモジュールを準備する工程と、
主面に端子が形成された配線基板を準備する工程と、
前記半導体素子の端面が前記配線基板の主面に対向する姿勢で前記半導体素子および前記カバーを前記配線基板に取り付けるとともに前記配線基板の主面に形成された端子と前記半導体素子の端子とを電気的に接続する工程と、
を含むＭＥＭＳ実装方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２０３５２（Ｐ２０１２−２０３５２Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５８５２３（Ｐ２０１０−１５８５２３）
【出願日】平成２２年７月１３日（２０１０．７．１３）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１３日（２０１０．７．１３）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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